條形煤倉外風(fēng)速流場數(shù)值模擬研究

摘 要:運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)與流體力學(xué)相結(jié)合的數(shù)值模擬技術(shù)，對條形煤倉及其外部堆場進(jìn)行模擬計(jì)算。并主要分析了條形煤倉的建立對整個(gè)場區(qū)的風(fēng)速、壓力的影響及風(fēng)速掩護(hù)距離。研究結(jié)果表明，條形煤倉對于場區(qū)內(nèi)的風(fēng)速降低具有比較明顯的效果，對條形煤倉后速度影響的距離約為條形煤倉高度的20倍。

關(guān)鍵詞:條形煤倉數(shù)值模擬流場影響

中圖分類號:TQ019文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0052-02

目前，條形煤倉在大型港口散貨堆場的應(yīng)用越來越多，條形煤倉不但對倉內(nèi)煤炭起塵具有較好的抑制作用，而且對條形煤倉外部堆場的風(fēng)速流場也具有較大的影響。本文利用CFD數(shù)值模擬的方法著重研究了條形煤倉對倉外風(fēng)速流場的影響效果，并計(jì)算出條形煤倉對其下風(fēng)向的風(fēng)速影響距離。從而證明條形煤倉不但可以消除倉內(nèi)的煤炭起塵，而且對倉外的風(fēng)速流場也具有較好的抑制效果。本次計(jì)算以某煤碼頭一期工程為模型進(jìn)行三維建模。

1 計(jì)算模型

1.1 模型的控制方程組

本文采用RNG模型[1]，是在標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上演變而得到的。其RNG模型的控制方程組如下:

式中:

RNG模型方程中的常數(shù)一般取，，，，。

式中，是笛卡兒坐標(biāo)，為時(shí)間，是空氣密度，是動(dòng)力學(xué)粘性系數(shù)，是湍動(dòng)能粘性系數(shù)，、、、是時(shí)間平均速度、靜壓、湍動(dòng)能、湍動(dòng)能耗散率[2]。

1.2 三維模型的建立

整個(gè)計(jì)算模型為底面半徑1500m，高200m的16邊形棱臺。條形煤倉尺寸為1152×131m，高度52m。條形煤倉每間隔50m設(shè)一個(gè)消防通道，煤倉兩側(cè)采用敞口設(shè)計(jì)。倉內(nèi)及倉外煤堆模型均采用標(biāo)準(zhǔn)煤堆，堆高17m，煤堆數(shù)量為6列，7排。

1.3 網(wǎng)格的生成

網(wǎng)格剖分時(shí)，將計(jì)算區(qū)域分成24個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)分別生成網(wǎng)格，每個(gè)區(qū)的網(wǎng)格視實(shí)際需要，采用不同的生成方式，最后所得網(wǎng)格類型:部分為六面體網(wǎng)格，部分為金字塔網(wǎng)格[3]，體網(wǎng)格數(shù)約320萬，如圖1。

1.4 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果

通過一系列的計(jì)算可以模擬出風(fēng)流越過條形煤倉后速度變化的矢量圖，如圖2。從圖中可見，整體場區(qū)內(nèi)風(fēng)速變化。堆場西側(cè)由于布置了52m高的條形煤倉，使來流風(fēng)速經(jīng)過條形煤倉后迅速抬高，并在倉后有很大一段的風(fēng)低速區(qū)，這說明了條形煤倉對于堆場內(nèi)的風(fēng)速降低具有明顯的作用，同時(shí)對于抑制粉塵也具有較明顯的影響[3]。

2 條形煤倉對其下風(fēng)向風(fēng)速流場影響

以來流為W風(fēng)向(速度入口為x負(fù)方向）為例，場區(qū)周圍的流場如圖3，從X=-836.5截面圖中可以明顯看到，來流遇到條形煤倉后速度出現(xiàn)急速抬升，并在條形煤倉的背風(fēng)區(qū)形成回流區(qū)。條形煤倉將倉前的大渦湍流梳理成條形煤倉后的小渦湍流，使大量的平均運(yùn)動(dòng)能量變成小渦旋的亂流運(yùn)動(dòng)能量，引起氣流結(jié)構(gòu)的改變[4]。同時(shí)從截面圖中可以看出經(jīng)過條形煤倉以后，速度明顯降低;來流經(jīng)過煤堆以后有很大一段低速區(qū)，這說明了條形煤倉對于來流風(fēng)速的降低具有較明顯的影響效果。

3 條形煤倉對其下風(fēng)向壓力流場影響

從圖4Y=-836.5壓力截面云圖中可以看出，風(fēng)流經(jīng)過條形煤倉后壓力有明顯的減小，形成壓力跳躍，同時(shí)，來流在煤堆迎風(fēng)面形成了比較明顯的壓力駐點(diǎn)。來流遇到條形煤倉后形成比較明顯的壓降，而后又遇到煤堆形成了較小的壓降。直到來流通過了所有的煤堆后，壓降消失，并恢復(fù)到初始的壓力狀態(tài)。這說明了條形煤倉對場區(qū)內(nèi)的壓力具有明顯的影響效果。

4 條形煤倉的掩護(hù)距離

風(fēng)流再附距離是風(fēng)流掩護(hù)距離的重要標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)風(fēng)透過風(fēng)障后大部分風(fēng)量被向上排開，并與主風(fēng)流在風(fēng)障頂部匯集成更高速風(fēng)流，這部分高速風(fēng)流與緊鄰風(fēng)障下方后的低速風(fēng)流速度差很大，沿下游形成風(fēng)速梯度很大，旋渦強(qiáng)度很高向低處發(fā)展的較長的條帶區(qū)。在此條帶區(qū)內(nèi)高速風(fēng)流和低速風(fēng)流間產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)量交換和能量交換，使下部風(fēng)流風(fēng)速提高，很快恢復(fù)到來流風(fēng)速，此即風(fēng)流再附[5]。

通過提取條形煤倉后的風(fēng)速數(shù)據(jù)，在模型坐標(biāo)中量出風(fēng)流再附的距離，即條形煤倉后的低速區(qū)的X正方向距離為1051.2m，條形煤倉高為52m。從而得出，條形煤倉的掩護(hù)距離約為其高度的20倍。

5 結(jié)語

通過對場區(qū)內(nèi)的速度和壓力的計(jì)算分析可以看出，條形煤倉對于場區(qū)內(nèi)的風(fēng)速降低具有比較明顯的效果，條形煤倉的掩護(hù)距離約為其高度的20倍。另外條形煤倉后成了比較明顯的壓降，使場區(qū)內(nèi)外形成壓力差，使風(fēng)流的能量大量損失。對條形煤倉外堆場的粉塵具有一定的抑制作用。

參考文獻(xiàn)

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